Tổng quan nghiên cứu

Dị tật khuyết mống mắt (aniridia) là một rối loạn di truyền phát triển nhãn khoa hiếm gặp với tỷ lệ hiện hành ước tính từ 1/40.000 đến 1/100.000 trẻ sinh sống trên phạm vi toàn cầu, xuất hiện đồng đều ở cả hai giới và không phân biệt chủng tộc. Bệnh lý đặc trưng bởi tình trạng suy sản một phần hoặc tiêu biến hoàn toàn mô mống mắt ở cả hai mắt, thường được phát hiện rõ ràng ngay trong 6 tuần đầu sau sinh qua triệu chứng rung giật nhãn cầu hoặc bất thường phản xạ đồng tử. Các thống kê nhãn khoa lâm sàng cho thấy khoảng 50% đến 80% bệnh nhân khuyết mống mắt sẽ tiến triển thành đục thủy tinh thể, 30% đến 50% mắc biến chứng tăng nhãn áp hoặc glôcôm ở giai đoạn thanh thiếu niên, và khoảng 10% trường hợp bị suy giảm phát triển dây thần kinh thị giác dẫn đến tổn thương thị lực vĩnh viễn.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm bắt nguồn từ thực tế di truyền phức tạp: khoảng 67% ca bệnh có tính chất di truyền trội liên kết gia đình trên nhiễm sắc thể thường, trong khi 33% trường hợp còn lại là các đột biến mới phát sinh (de novo). Đột biến gây mất chức năng trên gen PAX6 định vị tại locus 11p13 được xác định là căn nguyên di truyền chính. Đặc biệt, các biến đổi mất đoạn mở rộng bao trùm cả gen lân cận WT1 có thể làm tăng tới 50% nguy cơ hình thành khối u nguyên bào thận ác tính ở thời kỳ thơ ấu (hội chứng WAGR).

Tại Việt Nam, trước năm 2021 hầu như chưa có công trình nghiên cứu hệ thống nào về dịch tễ học phân tử của căn bệnh này. Đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Sinh học thực nghiệm của học viên Vũ Đình Chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Nguyễn Hải Hà tại Viện Nghiên cứu Hệ gen thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã được thực hiện trong giai đoạn 2019-2020. Nghiên cứu nhằm phân tích toàn diện các biến đổi di truyền trên gen PAX6 ở 14 bệnh nhân khuyết mống mắt, thiết lập cơ sở dữ liệu đột biến đầu tiên phục vụ trực tiếp cho công tác chẩn đoán phân tử, tiên lượng nguy cơ khối u và tư vấn di truyền lâm sàng tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết di truyền phân tử về các gen điều hòa phát triển phôi, trọng tâm là locus PAX6 trên nhánh ngắn của nhiễm sắc thể số 11 (vùng 11p13). Gen PAX6 có chiều dài khoảng 22 kb gồm 14 exon, được kiểm soát bởi một mạng lưới điều hòa biểu hiện phức tạp trải rộng tới 450 kb trong hệ gen. Sản phẩm phiên mã dịch mã thành protein PAX6 chính tắc dài 422 axit amin (trọng lượng phân tử 46 kDa), đóng vai trò như một yếu tố phiên mã tối quan trọng chi phối sự phát triển sớm của mắt, hệ thần kinh trung ương và tuyến tụy.

Cấu trúc phân tử của protein PAX6 bao gồm hai domain gắn DNA đặc hiệu là Paired Domain (PD) và Homeodomain (HD), được nối với nhau qua vùng liên kết LNK, cùng một vùng chuyển hoạt hóa giàu proline-serine-threonine (PSTD) ở đầu C cần thiết cho việc khởi động quá trình phiên mã. Sự cắt ghép exon 5a tạo nên đồng phân phụ PAX6(5a) dài 436 axit amin (48 kDa) tham gia điều hòa tăng sinh tế bào sau sinh. Hoạt động biểu hiện gen chịu sự kiểm soát nghiêm ngặt của promoter P0, P1 và các vùng tăng cường bảo thủ cao nằm xa như vùng EE (cách promoter P0 khoảng 3,5 kb) và vùng DRR (nằm trong intron 7 đến 9 của gen ELP4 cách PAX6 tới 150 kb, chứa các trình tự điều hòa then chốt SIMO và E180B).

Về phân loại đột biến, dữ liệu quốc tế ghi nhận đột biến tạo bộ ba kết thúc sớm (PTC) chiếm 65% đến 70% (gồm đột biến vô nghĩa chiếm 39%, dịch khung chiếm 27%, sai lệch điểm cắt nối chiếm 15%), đột biến sai nghĩa chiếm 12% và đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể chiếm khoảng 10%. Các bản phiên mã mRNA chứa mã kết thúc sớm trước ranh giới exon cuối cùng trên 50 nucleotide sẽ kích hoạt cơ chế thoái hóa phân tử qua trung gian vô nghĩa (NMD), dẫn tới sự thiếu hụt đơn bội (haploinsufficiency) làm suy giảm 50% nồng độ protein PAX6 chức năng trong tế bào phôi.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tiến hành thu thập mẫu máu ngoại vi của 14 bệnh nhân (gồm 7 nam và 7 nữ, độ tuổi dao động từ 1 đến 27 tuổi) đã được xác nhận chẩn đoán khuyết mống mắt qua thăm khám lâm sàng tại các bệnh viện mắt chuyên khoa trên địa bàn Hà Nội trong khung thời gian 2019-2020. Phương pháp chọn mẫu thuận tiện có chủ đích được áp dụng nhằm tiếp cận các ca bệnh hiếm gặp và thu thập thông tin phả hệ gia đình chi tiết theo đúng các tiêu chuẩn y đức của Tuyên bố Helsinki và Hội đồng Đạo đức Viện Nghiên cứu Hệ gen.

Chiến lược phân tích phân tử hai bước phối hợp được thiết kế tối ưu: Bước 1: Áp dụng kỹ thuật khuếch đại đa đầu dò phụ thuộc phản ứng ligase (MLPA) với bộ kit SALSA MLPA Probemix P219-B4 PAX6 gồm 44 đầu dò đặc hiệu (32 đầu dò vùng 11p13-14 bao trùm PAX6 và WT1, 3 đầu dò gen SOX2 và 9 đầu dò chứng nội tại). Sản phẩm được phân tích trên hệ thống máy điện di mao quản ABI 3500 và phần mềm Coffalyzer.net để tính toán thương số liều lượng (Dosage Quotient - DQ), qua đó phát hiện các vi mất đoạn hoặc lặp đoạn cấu trúc nhằm tầm soát nguy cơ hội chứng WAGR. Bước 2: Sử dụng phương pháp giải trình tự gen Sanger trực tiếp với 10 cặp mồi đặc hiệu khuếch đại toàn bộ 13 exon và vùng nối intron-exon của gen PAX6 (theo trình tự tham chiếu NG_008679.1). Sản phẩm tinh sạch được giải trình tự bằng hóa chất BigDye Terminator v3.1 trên máy ABI 3500 và xử lý dữ liệu bằng phần mềm BioEdit kết hợp đối chiếu ngân hàng dữ liệu LOVD. Việc kết hợp MLPA và Sanger là giải pháp tối ưu giúp nâng tỷ lệ phát hiện đột biến từ 49% lên trên 60% so với phương pháp đơn lẻ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích lâm sàng trên 14 bệnh nhân ghi nhận tỷ lệ phân bố giới tính cân bằng hoàn hảo (50% nam và 50% nữ). Tình trạng rung giật nhãn cầu xuất hiện ở 8 trên 14 bệnh nhân (chiếm tỷ lệ 57,1%), tổn thương thiểu sản hoàng điểm được xác nhận ở 8 trên 14 trường hợp (57,1%), và 3 bệnh nhân ghi nhận biểu hiện đục hoặc tổn thương giác mạc thứ phát do rối loạn chức năng tế bào gốc vùng rìa.

Về mặt di truyền phân tử, nghiên cứu đã phát hiện thành công các biến đổi cấu trúc và đột biến điểm trên nhóm bệnh nhân khảo sát: Thứ nhất, kỹ thuật MLPA xác định các đột biến mất đoạn dị hợp tử ở vùng locus 11p13 chứa gen PAX6, thể hiện qua giá trị thương số liều lượng DQ suy giảm rõ rệt xuống mức 0,45 - 0,55 (so với giá trị chuẩn xấp xỉ 1,0 ở người khỏe mạnh), điển hình như trường hợp bệnh nhân TMM4 và TMM12 có sự di truyền mất đoạn từ người mẹ cùng mắc bệnh. Thứ hai, phương pháp giải trình tự Sanger phát hiện các đột biến điểm đa dạng phân bố rải rác trên các vùng chức năng quan trọng của gen PAX6, bao gồm exon 5, exon 7, exon 8, exon 9 và exon 11. Các dạng biến đổi ghi nhận gồm đột biến sai nghĩa làm thay đổi axit amin tại vùng liên kết DNA (paired domain), đột biến vô nghĩa tạo mã kết thúc sớm và đột biến dịch khung dẫn tới protein bị cắt ngắn hoặc biến dạng hoàn toàn. Thứ ba, sự phân tích kiểu gen - kiểu hình cho thấy các ca bệnh mang đột biến mất đoạn lớn hoặc đột biến vô nghĩa thuộc nhóm PTC đều biểu hiện kiểu hình khuyết mống mắt toàn phần cổ điển kèm suy giảm thị lực nghiêm trọng, trong khi đột biến sai nghĩa thể hiện tổn thương mắt nhẹ hơn nhưng biến thiên phức tạp.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân tích đã minh chứng một cách thuyết phục rằng cơ chế thiếu hụt đơn bội protein PAX6 là nguyên nhân sinh học cốt lõi gây ra dị tật khuyết mống mắt tại quần thể bệnh nhân Việt Nam. Khi đột biến tạo ra các bộ ba kết thúc sớm (PTC), cơ chế phân hủy phân tử mRNA vô nghĩa (NMD) được kích hoạt nội bào, nhận diện và tiêu hủy các bản sao phiên mã bất thường trước khi chúng kịp dịch mã thành protein ngắn độc hại. Quá trình này vô hình trung làm sụt giảm 50% sản phẩm protein PAX6 có hoạt tính sinh học, không đáp ứng đủ ngưỡng nồng độ điều hòa phiên mã trong các giai đoạn biệt hóa phôi quan trọng của nhãn cầu.

Dữ liệu thu được có mức độ tương đồng cao với các công bố quốc tế, khi tỷ lệ đột biến dạng PTC chiếm ưu thế vượt trội (tương đương mức 65% đến 70% ghi nhận trên cơ sở dữ liệu toàn cầu LOVD). Việc phát hiện các trường hợp mất đoạn cấu trúc lớn bằng MLPA đã nhấn mạnh vai trò sống còn của việc sàng lọc vùng gen WT1 để loại trừ hội chứng WAGR.

Về mặt hiển thị trực quan, toàn bộ dữ liệu phân tử của nghiên cứu có thể được hệ thống hóa rõ nét thông qua:

  • Biểu đồ điện di đồ mao quản (electropherogram) hiển thị sự suy giảm chiều cao các đỉnh peak huỳnh quang của các đầu dò MLPA tương ứng với các exon bị mất đoạn.
  • Sơ đồ cây phả hệ di truyền 2 đến 3 thế hệ (như phả hệ gia đình bệnh nhân TMM11, TMM12, TMM15) phản ánh tính chất di truyền trội trực hệ từ bố mẹ sang con.
  • Bảng tổng hợp đối chiếu hai chiều giữa vị trí đột biến trên chuỗi nucleotide, dạng biến đổi axit amin và các chỉ số thị lực lâm sàng tương ứng của từng bệnh nhân.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao hiệu quả chẩn đoán sớm, can thiệp kịp thời và giảm thiểu biến chứng mù lòa cho bệnh nhân khuyết mống mắt, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược:

  • Chuẩn hóa quy trình xét nghiệm phân tử hai tầng tại các cơ sở y tế: Bộ Y tế và các bệnh viện mắt chuyên khoa tuyến trung ương cần đưa phác đồ phối hợp MLPA (tầm soát vi mất đoạn) và giải trình tự Sanger (tìm đột biến điểm) thành quy trình thường quy cho 100% bệnh nhi có chẩn đoán lâm sàng khuyết mống mắt trong vòng 30 ngày đầu sau sinh, nâng tỷ lệ xác định chính xác nguyên nhân gen đạt trên 85%.
  • Xây dựng ngân hàng dữ liệu di truyền nhãn khoa quốc gia: Viện Nghiên cứu Hệ gen phối hợp với các bệnh viện chuyên khoa triển khai cổng thông tin số hóa các đột biến gen PAX6, WT1, FOXC1 và PITX2 trong lộ trình 24 đến 36 tháng tới, tạo nguồn ngữ liệu dịch tễ học phục vụ nghiên cứu phát triển liệu pháp điều trị hướng đích.
  • Thiết lập quy trình quản lý và sàng lọc liên chuyên khoa: Thành lập mạng lưới liên kết giữa chuyên khoa Nhãn khoa, Nhi khoa và Di truyền học. Trẻ mang đột biến mất đoạn liên quan locus 11p13 cần được kiểm tra nhãn áp định kỳ 6 tháng một lần để phòng ngừa glôcôm và bắt buộc siêu âm ổ bụng 3 tháng một lần cho đến khi đủ 8 tuổi nhằm phát hiện sớm u nguyên bào thận (u Wilms), giúp giảm thiểu ít nhất 40% nguy cơ tử vong do ung thư và suy giảm thị lực nặng.
  • Tăng cường tư vấn tiền hôn nhân và can thiệp hỗ trợ sinh sản: Các trung tâm di truyền lâm sàng cần đẩy mạnh tư vấn cho các gia đình có tiền sử bệnh, chủ động triển khai kỹ thuật chẩn đoán di truyền tiền làm tổ (PGD/PGT-M) cho các cặp vợ chồng mang alen đột biến PAX6 nhằm ngăn chặn nguy cơ truyền gen bệnh với xác suất 50% cho thế hệ sau.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Bác sĩ chuyên khoa Mắt và Chẩn đoán hình ảnh: Tiếp cận cơ sở khoa học vững chắc về cơ chế bệnh sinh phân tử, từ đó xây dựng kế hoạch theo dõi tiến trình tổn thương giác mạc, quản lý nhãn áp và lựa chọn thời điểm phẫu thuật đục thủy tinh thể tối ưu cho bệnh nhân.
  • Nhà nghiên cứu Sinh học phân tử và Di truyền Y học: Khai thác quy trình kỹ thuật chi tiết về thiết kế mồi PCR, phương pháp tinh sạch và quy trình thực nghiệm MLPA 5 bước, làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu mở rộng về cơ chế điều hòa ngoại gen và mạng lưới biểu hiện gen ở người.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Y Sinh học: Sử dụng như một công trình mẫu mực về phương pháp luận nghiên cứu bệnh học di truyền đơn gen, rèn luyện kỹ năng phân tích dữ liệu điện di mao quản và đối soát trình tự trên các phần mềm tin sinh học quốc tế.
  • Chuyên viên tư vấn di truyền và các gia đình mang gen bệnh: Nắm bắt kiến thức chính xác về phương thức di truyền trội, tỷ lệ rủi ro tái phát qua các thế hệ và lộ trình chăm sóc thị lực chủ động cho trẻ sơ sinh mắc dị tật mống mắt.

Câu hỏi thường gặp

Bệnh khuyết mống mắt có khả năng di truyền cho thế hệ sau với tỷ lệ bao nhiêu phần trăm? Khuyết mống mắt là rối loạn di truyền trội trên nhiễm sắc thể thường. Một người mang đột biến dị hợp tử trên gen PAX6 có xác suất 50% truyền gen bệnh cho mỗi người con trong mỗi lần sinh, không phân biệt giới tính. Khoảng 67% số ca mắc có tiền sử gia đình, trong khi 33% xuất phát từ đột biến ngẫu nhiên mới phát sinh trong quá trình tạo giao tử.

Tại sao cần phải kết hợp đồng thời kỹ thuật MLPA và giải trình tự gen Sanger? Phương pháp giải trình tự Sanger chỉ hiệu quả trong việc phát hiện các đột biến điểm và mất đoạn nhỏ nhưng thường bỏ sót các vi mất đoạn lớn dạng dị hợp tử. Kỹ thuật MLPA với 44 đầu dò giúp định lượng chính xác số lượng bản sao gen để phát hiện mất đoạn cấu trúc lớn. Phối hợp cả hai phương pháp giúp nâng tỷ lệ phát hiện đột biến từ 49% lên trên 60%.

Khuyết mống mắt có liên quan gì đến nguy cơ mắc bệnh ung thư thận ở trẻ em không? Có nguy cơ cao khi bệnh nhân mang đột biến mất đoạn lớn tại locus 11p13 xóa bỏ cả gen PAX6 và gen lân cận WT1, gây ra hội chứng WAGR. Ước tính có tới 50% bệnh nhân mang vi mất đoạn này sẽ phát triển u nguyên bào thận ác tính (u Wilms) trước 8 tuổi, đòi hỏi phải tầm soát siêu âm định kỳ mỗi 3 tháng.

Người mắc tật khuyết mống mắt có bị mù lòa hoàn toàn ngay từ khi sinh ra không? Hầu hết trẻ sinh ra không bị mù hoàn toàn nhưng có thị lực kém do kèm theo tình trạng rung giật nhãn cầu và thiểu sản hoàng điểm. Tuy nhiên, nếu không được can thiệp y tế đúng cách, khoảng 50% đến 80% bệnh nhân bị đục thủy tinh thể và 30% đến 50% bị tăng nhãn áp tiến triển có nguy cơ cao dẫn đến mất thị lực vĩnh viễn ở tuổi trưởng thành.

Hiện nay đã có phương pháp điều trị khỏi hoàn toàn tật khuyết mống mắt chưa? Hiện tại y học chưa có phương pháp chỉnh sửa gen trực tiếp để phục hồi hoàn toàn mống mắt. Các giải pháp lâm sàng chủ yếu là đeo kính râm chống chói, dùng thuốc hạ nhãn áp, phẫu thuật thay thủy tinh thể và bảo vệ bề mặt giác mạc. Các hướng tiếp cận mới sử dụng protein PAX6 tái tổ hợp và công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 đang mở ra triển vọng phục hồi 30% đến 40% nồng độ protein trong các thử nghiệm tiền lâm sàng.

Kết luận

  • Luận văn đã thiết lập thành công bộ dữ liệu đột biến di truyền phân tử đầu tiên trên 14 bệnh nhân mắc tật khuyết mống mắt tại Việt Nam, lấp đầy khoảng trống dữ liệu trong nước suốt nhiều năm qua.
  • Khẳng định tính ưu việt của chiến lược chẩn đoán phân tử phối hợp giữa kỹ thuật MLPA và giải trình tự Sanger, giúp phát hiện toàn diện từ đột biến cấu trúc vi mất đoạn đến các đột biến nucleotide đơn lẻ trên gen PAX6.
  • Xác nhận cơ chế thiếu hụt đơn bội do suy giảm 50% nồng độ protein PAX6 qua con đường phân hủy NMD là nguyên nhân cốt lõi dẫn tới các biểu hiện suy sản mống mắt, thiểu sản hoàng điểm và tổn thương nhãn khoa phức tạp.
  • Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng cho việc phân loại lâm sàng, tiên lượng sớm nguy cơ u Wilms liên quan hội chứng WAGR ở nhóm bệnh nhân mang mất đoạn vùng 11p13.
  • Cung cấp quy trình thực nghiệm chuẩn hóa cao, sẵn sàng chuyển giao ứng dụng cho các trung tâm nhãn khoa, xét nghiệm di truyền và chẩn đoán trước sinh trên toàn quốc.

Trong lộ trình 12 đến 24 tháng tới, việc tiếp tục mở rộng quy mô nghiên cứu trên các quần thể bệnh nhân lớn hơn và ứng dụng công nghệ giải trình tự thế hệ mới (NGS) sẽ hoàn thiện bức tranh dịch tễ học di truyền tại Việt Nam. Các chuyên gia nhãn khoa và cơ sở y tế hãy tích cực ứng dụng quy trình chẩn đoán phân tử gen PAX6 vào phác đồ thăm khám lâm sàng ngay hôm nay nhằm bảo tồn tối đa thị lực và nâng cao chất lượng cuộc sống cho người bệnh.